混合-拟蒙特卡洛法在地球辐射外热流计算中的效率评估

空间外热流仿真计算是航天器热控设计以及地面试验验证的关键技术之一。传统蒙特卡洛法(MC)抽样的随机性问题导致其计算地球红外和反照辐射外热流的收敛速度慢。为解决这一问题,文中首先分析比较外热流积分各个随机变量维度对积分的贡献程度,发现前四维随机变量对积分贡献程度最高。之后在外热流积分的前四维度中,将拟蒙特卡洛法(QMC)代替传统MC,对所求目标面元光线发射点和方向进行采样,其他积分维度仍采用MC,该方法将MC和QMC混合到一起计算外热流。最后以某航天器为算例,通过大数据光线追踪实验得出外热流准确度和收敛速度。研究结果表明,混合-QMC计算地球红外和反照辐射外热流的准确度始终优于传统方法。进一步的分析表明,该方法在地球辐射外热流准确度上的收敛速率,优于传统方法所呈现的收敛速度值(即-0.5)。此外,在面元地球辐射外热流求解的光线追踪过程中,若面元所发光线不存在反射的情况,混合-QMC方法能够更准确快速地求解其外热流。将混合-QMC应用到地球辐射外热流计算中,可以在一定程度上提高计算效率。